Detección de cambios en los campos magnéticos extragalácticos

Las líneas onduladas en estas imágenes de las galaxias M83, NGC7331 y M82 trazan campos magnéticos caóticos en las densas nubes de polvo de sus regiones de formación estelar, en contraste con las regiones más tranquilas entre los brazos espirales y los discos galácticos circundantes. Las imágenes se basan directamente en datos del Survey of ExtragALactic magnetiSm with SOFIA (SALSA). Crédito: M83: NASA/JPL-Caltech/E. López-Rodríguez; NGC7331: NGC7331: Adam Block/Mount Lemmon SkyCenter/Universidad de Arizona/E. López-Rodríguez; M82: M82: NASA/SOFIA/E. López-Rodríguez; NASA/Spitzer/J. Mustakas et al.

Los campos magnéticos son comunes en todo el universo, pero extremadamente difíciles de estudiar. No emiten ni reflejan la luz directamente, y la luz de todo el espectro electromagnético sigue siendo la principal fuente de datos astrofísicos. En cambio, los científicos tuvieron que encontrar el equivalente de las limaduras de hierro cósmico: materia en las galaxias que es sensible a los campos magnéticos y también emite luz marcada por la estructura y la intensidad de los campos.

En un nuevo estudio publicado en Revista de astrofísica, varios astrofísicos de Stanford estudiaron las señales infrarrojas de ese material: granos de polvo alineados magnéticamente incrustados en las nubes frías y densas de las regiones de formación estelar. La comparación con la luz de los electrones de rayos cósmicos, que ha sido marcada por campos magnéticos en materia más cálida y difusa, ha revelado diferencias sorprendentes en los campos magnéticos medidos de las galaxias.

El astrofísico de Stanford y miembro del Instituto Kavli para la Aceleración de Partículas y Cosmología (KIPAC), Enrique López-Rodríguez, explica las diferencias y sus implicaciones para el crecimiento y la evolución galáctica.

Originaria de las Islas Canarias, López-Rodríguez llegó al Área de la Bahía como científica del Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja (SOFIA), un jet Boeing 737 modificado para transportar instrumentos por encima de la mayor parte del polvo atmosférico y el vapor de agua que bloquea la luz infrarroja. Antes de que finalizara el programa SOFIA en 2022, López-Rodríguez se incorporó a Stanford, donde continúa analizando datos SOFIA más antiguos como uno de los principales investigadores de SALSA, el estudio de magnetismo extragaláctico con SOFIA.

Esta entrevista ha sido editada para mayor claridad y brevedad.

¿Puedes describir tus hallazgos? ¿Qué los hace tan innovadores?

Este es el primer estudio que compara los campos magnéticos en diferentes entornos físicos de otras galaxias. Para hacer esto, observamos 15 galaxias cercanas diferentes en longitudes de onda de radio e infrarrojo lejano. Tenemos dos investigadores principales diferentes para este estudio: yo para los datos infrarrojos y Sui Ann Mao del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Alemania para los datos de radio.

Nuestros grupos descubrieron dos campos magnéticos muy diferentes en las mismas galaxias. Las observaciones de radio rastrean un campo magnético altamente ordenado en un medio ionizado, cálido y difuso de uno a dos kiloparsecs por encima de los discos galácticos que estudiamos. [one kiloparsec is 3,260 light years], mientras que la luz del infrarrojo lejano emitida por los granos de polvo alineados magnéticamente en el plano medio de los discos muestra un campo magnético que es casi el doble de caótico. En general, las regiones con más formación estelar tenían campos magnéticos más fuertes y caóticos.

¿Qué nos dicen estos campos magnéticos caóticos?

Los brazos espirales tienen campos magnéticos enredados debido a la formación de estrellas y nubes moleculares, lo que indica altos niveles de turbulencia y una ubicación potencial donde los campos magnéticos pueden amplificarse. Por el contrario, las regiones entre los brazos de las galaxias espirales y en el medio por encima y por debajo del disco tienen campos magnéticos bien ordenados, lo que indica que la rotación galáctica puede desempeñar un papel en el orden de estos campos magnéticos.

En general, no conocemos el papel de los campos magnéticos en la evolución de las galaxias, pero estas observaciones en el infrarrojo lejano nos dicen que los campos magnéticos son intrínsecos a las regiones de formación de estrellas que son cruciales para la formación de galaxias. No sabemos exactamente cómo se relacionan, pero creemos que podría haber algún tipo de circuito de retroalimentación entre ellos.

¿Que sigue? ¿Cómo buscará la naturaleza del ciclo de retroalimentación?

Con estos resultados, ahora podemos crear estudios 3D de campos magnéticos en otras galaxias, lo que nos ayudará a estudiar sus efectos en la actividad de formación estelar y la evolución de las galaxias.

Pero también necesitamos observaciones con una resolución angular más alta para poder ver más de cerca las regiones de formación de estrellas, y también necesitamos estudiar los campos magnéticos en el espacio-tiempo. La buena noticia es que ya obtenemos este tipo de datos utilizando ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Además, la próxima generación de misiones espaciales de la NASA también incluye los mismos tipos de observaciones polarimétricas de infrarrojo lejano que hemos usado, solo que mejor, para estudiar los campos magnéticos en una muestra estadística de galaxias.

Varios otros científicos de Stanford también están involucrados en el estudio. ¿Cómo llegaron todos aquí?

En cuanto a mí, fui científico de instrumentos en la NASA y volé más de 100 veces con SOFIA; aunque cada vuelo fue una aventura, realmente fueron demasiadas veces para mí. La mayoría de las observaciones utilizadas en este estudio las hice yo mismo usando HAWC+ [the High-resolution Airborne Wideband Camera+, a far-infrared imager and polarimeter]. Conocía el instrumento y sabía trabajar con los datos, y creé un nuevo modo de observación que mejoró la sensibilidad y el tiempo de adquisición de las observaciones en un 300%. Mi investigación se centra en el estudio de los campos magnéticos en las galaxias, y dado que ya trabajé de cerca con el instrumento, la adquisición y el análisis de datos, este proyecto encajaba perfectamente.

Después de SOFIA, quería estudiar a tiempo completo y KIPAC me abrió la puerta muy amablemente. Especialmente cuando me enteré [Assistant Professor] Susan Clark solía venir aquí también y se dio cuenta de que sus objetivos de investigación se alinean muy bien con los míos. También tenemos Mehrnoosh [Tahani]que estudia los campos magnéticos de la Vía Láctea en la radio, Sergio [Martin-Alvarez]quien realiza simulaciones magneto-hidrodinámicas, y Alex [Alejandro S. Borlaff]quien viene de NASA-Ames como NASA Fellow.

Ahora en Stanford, tenemos una amplia experiencia en el campo del magnetismo, lo que nos convierte en un equipo único en una buena posición para extraer la mayor cantidad de ciencia posible de estas observaciones SALSA.

Proporcionado por la Universidad de Stanford

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